「Spotlight Research」∣马普所双环[1,1,0]丁烷（BCB）催化不对称活化

热点研究

「Spotlight Research」∣马普所双环[1,1,0]丁烷（BCB）催化不对称活化

2026/1/12
热点研究
Comment: 0
Author: CS editor

作者：石油醚

本期热点研究，我们邀请到了本文第一作者来自德国马克思普朗克煤炭研究所的博士生史福兴为我们分享。

2026年1月5日，Nature Synthesis在线发表了来自诺奖得主Benjamin List教授团队题为「Catalytic asymmetric activation of bicyclobutanes」的研究论文。Benjamin List教授基于强酸性、强限域手性Brønsted酸催化剂的策略，实现了BCB在温和条件下的不对称烷氧基化反应，高效构建了一系列具有高对映选择性的环丙基叔碳醚类结构的产物。

“Catalytic asymmetric activation of bicyclobutanes

Fuxing Shi, Nils Frank, Markus Leutzsch, Chendan Zhu, Nobuya Tsuji & Benjamin List*

Nat. Synth , 2026 DOI: 10.1038/s44160-025-00951-z”

Q1. 请对论文作一个简单介绍。

本工作聚焦于简单的张力烃分子——双环[1,1,0]丁烷（BCB）——的催化不对称活化问题。这类分子具有极高的张力释放能，但如果缺乏传统的配位或导向基团，其反应活性和立体选择性难以得到精确控制。我们发展了一种基于强酸性、强限域手性Brønsted酸催化剂的策略，实现了BCB在温和条件下的不对称烷氧基化反应，高效构建了一系列具有高对映选择性的环丙基叔碳醚类结构的产物。该反应不依赖金属，也不需要底物预官能化，展示了通过“限域环境”来手性控制小环烃类化合物活化的新思路。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢？又是怎样克服的呢?

本研究中最大的挑战在于如何平衡催化剂的酸性与空间限域效应。在研究初期我们发现：催化剂酸性过弱时，BCB底物更倾向于直接发生消除反应，生成烯烃副产物；而催化剂限域性不足时，即便反应能够发生，也几乎无法实现有效的立体选择性控制。基于这一认识，我们并没有简单地“增强酸性”或“增大位阻”，而是系统性地设计并合成了一系列在酸性与限域程度上精细可调的催化剂。通过大量实验筛选后，我们发现：只有在高度限域和强酸性的催化剂环境中，才能同时抑制副反应、实现良好的化学选择性，并对手性结果进行有效控制。这一过程本身非常耗时，但也逐步建立起了对“强酸–限域–手性控制”三者协同关系的清晰认识。

Q3. 本次研究主体，有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢？

最“烧脑”的部分主要集中在反应机理与手性控制来源的研究。由于该体系涉及高度张力释放、类非经典碳正离子中间体以及快速构象变化，仅凭实验现象很难直接判断反应是如何发生、以及手性是如何被控制。为此，我们结合了：系统的机理实验（如同位素标记、动力学研究、对照实验等），以及密度泛函理论（DFT）计算。通过实验与计算的相互印证，我们最终揭示了反应更倾向于经历一个非同步的协同过程，并明确了催化剂中Lewis碱性位点与底物C–H键之间的非共价相互作用，在手性控制中发挥了关键作用。这一阶段虽然非常耗精力，但也是整个研究中最有成就感的部分。

Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢？

目前还没有将未来的研究方向限定在某一个非常具体的体系上，但我希望从事的研究能够同时具备两个特点：一是处于学科前沿，能够在概念或方法上推动化学的发展；二是能够更直接地回应实际问题，例如与材料、能源或生命科学相关的应用场景。因此，我对化学与生物学、材料科学等领域的交叉方向尤其感兴趣，希望在保持基础研究深度的同时，也能探索化学在更广泛体系中的作用方式。

Q5. 最后，有什么想对各位读者说的吗？

首先，衷心感谢“化学空间”为化学同行搭建了一个分享与交流的优质平台，使我们的科研工作与思考得以被更多人看见并相互启发。其次，感谢我的博士导师 List 教授在科研与写作过程中始终耐心而细致的指导，使我受益匪浅。也衷心祝愿各位在各自的研究与工作中，既能保持对科学的热爱，也能收获属于自己的成就与幸福。最后，祝大家科研进展顺利，生活充实而愉快。